一種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測定方法，其試樣通過用硝酸、鹽酸分解,低溫蒸發(fā)至約1mL，在一定的酸度下用亞硫酸還原硒為單質(zhì)而析出沉淀,分離樣品中其他雜質(zhì)，于低溫狀態(tài)下加酸溶解沉淀，在硫酸介質(zhì)中，加入一定量的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，以淀粉為指示劑，加入碘化鉀溶液，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)，計(jì)算出銅銦鎵硒靶材中硒含量。本發(fā)明方法簡單快捷，檢測成本低、能耗低，同時(shí)檢測周期短，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重復(fù)性和再現(xiàn)性好。
【專利說明】
一種銅銦鎵砸太陽能光伏電池靶材中砸含量的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及化學(xué)成分定量分析技術(shù)，具體涉及容量法測定銅 銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中鎵含量。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生資源、清潔資源。太陽能光伏電池就是把太 陽輻射的光能量轉(zhuǎn)化為電能，目前，太陽能電池市場主要產(chǎn)品是單晶硅和多晶硅太陽能電 池，占市場總額的80%以上。由于晶硅電池的高成本和生產(chǎn)過程的高污染，成本更低、生產(chǎn) 過程更加環(huán)保的薄膜太陽能電池得到快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，有市場前景的薄膜太陽能電池有3 種，分別是非晶硅、碲化鎘(CdTe)和銅銦鎵硒(CuInGaSe2，一般簡稱CIGS)薄膜太陽能電池。 作為直接帶隙化合物半導(dǎo)體，銅銦鎵硒吸收層吸收系數(shù)高達(dá)105cm-l，轉(zhuǎn)化效率是所有薄膜 太陽能電池中最高的，已成為全球光伏領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。銅銦鎵硒靶材是由銅、銦、鎵、硒 四種元素按比例構(gòu)成的黃銅礦晶型材料，是生產(chǎn)薄膜太陽能電池的核心材料，而其中各元 素的含量、比例構(gòu)成決定了薄膜太陽能電池的質(zhì)量，故測定靶材中各元素的含量具有重大 的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述，本發(fā)明的目的是提供一種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測 定方法，其試樣通過用硝酸、鹽酸分解，低溫蒸發(fā)至約lmL，在一定的酸度下用亞硫酸還原硒 為單質(zhì)而析出沉淀，分離樣品中其他雜質(zhì)，于低溫狀態(tài)下加酸溶解沉淀，在硫酸介質(zhì)中，加 入一定量的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，以淀粉為指示劑，加入碘化鉀溶液，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶 液滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)，計(jì)算出銅銦鎵硒靶材中硒含量。
[0004] 本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案是：
[0005] -種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測定方法，其步驟包括：
[0006] (1)稱取試樣置于250mL燒杯中，少許水潤濕，加入4.5mL硝酸溶液，1.5mL鹽酸溶 液，蓋上表面皿，低溫加熱微沸至樣品完全溶解，繼續(xù)加熱蒸發(fā)至約lmL，取下；
[0007] (2)用少量水沖洗表面皿和燒杯，加入60mL( 1+1)鹽酸溶液加熱至微沸溶解可溶性 鹽類，加入1.5g-2g尿素，煮沸3min后，取下加入30mL亞硫酸溶液，攪拌均勻，保持50 °C-70 °C 液溫直至沉淀完全變黑，用慢速定量濾紙過濾，熱鹽酸洗滌燒杯和沉淀各3次；
[0008] (3)將沉淀連同濾紙一起放入原燒杯中，加入10mL鹽酸溶液、lmL硝酸溶液于低溫 加熱溶解，用玻璃棒將濾紙搗碎并攪拌，待沉淀完全溶解后，加入60mL沸水、2g尿素，煮沸 2min-3min后取下，以酚酞乙醇溶液作指示劑，用氫氧化鈉溶液中和至溶液顏色恰變淡紅 色；
[0009] (4)加入20mL(l+l)硫酸溶液，冷卻后加水至約150mL，在充分?jǐn)嚢柘掠玫味ü芗尤?硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液15mL-20mL，加入2mL淀粉溶液和0.5mL碘化鉀溶液，繼續(xù)用硫代硫酸鈉 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至藍(lán)色消失，再加入lmL碘化鉀溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失，如此反復(fù)直 至加入碘化鉀溶液后溶液不再變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)，記錄所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的 體積V，同時(shí)做空白試驗(yàn)，記錄空白試驗(yàn)所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積Vo;
[0010] (5)試樣中硒的含量按下式進(jìn)行計(jì)算：
[0012] 式中：
[0013] wse-試樣中硒的含量，單位為％ ;
[0014] C-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，單位為摩爾每升(mol/L);
[0015] V-滴定時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL);
[0016] Vo-空白試驗(yàn)時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL);
[0017] 78.93-硒的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol);
[0018] mo-試樣的質(zhì)量，單位為克(g)。
[0019] 上述測定方法中，試樣粒度應(yīng)<0.098mm。
[0020] 上述測定方法中，試樣需進(jìn)行預(yù)處理:試樣經(jīng)100°C~105°C干燥1.5h，置于干燥器 中冷卻至室溫。
[0021] 上述測定方法中，硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%-70%之間，稱取樣品質(zhì)量為0.2g-0.3g，精 確到 O.OOOlg。
[0022] 上述測定方法中，所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.15mol/L。
[0023] 上述測定方法中，所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備方法為：稱取39g硫代硫酸 鈉，加〇. 3g無水碳酸鈉，溶于1000mL水中，緩緩煮沸10min，取下冷卻，放置兩周后過濾。 [0024] 上述測定方法中，所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定為:稱取0.27g于120°C士2°C 干燥至恒重的基準(zhǔn)重鉻酸鉀，置于碘量瓶中，加入25mL水溶解，加入3g碘化鉀及20mL硫酸， 搖勾;置于暗處放置l〇min;加150mL7K，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，臨近終點(diǎn)時(shí)加入2mL淀 粉溶液，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)榱辆G色，記錄硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V，同時(shí)做空 白試驗(yàn)，記錄硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積Vo;
[0025]硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度按下式計(jì)算：
[0027] 式中：
[0028] c-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，單位為摩爾每升(mol/L);
[0029] m-重鉻酸鉀質(zhì)量，單位為克(g);
[0030] V-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL);
[0031 ] Vo-空白試驗(yàn)時(shí)消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL);
[0032] M-重鉻酸鉀的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾（g/mol) [M( l/6K2Cr207 = 49.031 ]。
[0033] 上述測定方法中，所述的硝酸溶液密度為1.42g/mL，鹽酸溶液密度為1.19g/mL，亞 硫酸溶液密度為1.03g/mL，硫酸溶液密度為1.84g/mL，淀粉溶液密度為5g/L，酚酞乙醇溶液 密度為l〇g/L，碘化鉀溶液密度為50g/L，氫氧化鈉溶液密度為250g/L。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明方法簡單快捷，檢測成本低、能耗低，同時(shí)檢測周期 短，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，重復(fù)性和再現(xiàn)性好。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng) 域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0036] 設(shè)備：
[0037] 分析天平:感量O.lmg;
[0038]酸式滴定管；
[0039]可調(diào)控溫度電熱板。
[0040] 試劑和材料：
[0041]除另有說明外，分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑，所用水為符合GB/T6682規(guī)定 的二級水；
[0042]鹽酸溶液(p = 1.19g/mL);
[0043]硝酸溶液(P = 1.42g/mL);
[0044] 尿素；
[0045] 亞硫酸溶液(p = 1.03g/mL);
[0046] 酚酞指示劑；
[0047] 95% 乙醇；
[0048] 可溶性淀粉
[0049] 硫酸(p = ]_ .84g/mL);
[0050] 氫氧化鈉；
[0051 ]硫代硫酸鈉(Na2S2〇3 ? 5H20);
[0052]無水碳酸鈉；
[0053]重鉻酸鉀(工作基準(zhǔn)試劑）；
[0054]淀粉溶液(5g/L):稱取0.5g可溶性淀粉，用少許水調(diào)成糊狀，緩緩傾入100mL沸水 中，隨加隨攪拌，煮沸2min，放冷，備用，此溶液現(xiàn)配現(xiàn)用；
[0055] 酚酞乙醇溶液（1 Og/L):稱取1 g酚酞，溶于95%乙醇，用95%乙醇稀釋至1 OOmL; [0056] 碘化鉀溶液(50g/L):稱取5g碘化鉀，加水溶解后并稀釋至100mL。
[0057] 氫氧化鈉溶液(250g/L):稱取25g氫氧化鈉，加水溶解后并稀釋至100mL。
[0058] 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.15mol/L):稱取39g硫代硫酸鈉，加0.3g無水碳酸鈉，溶于 1 OOOrnL水中，緩緩煮沸1 Omin，取下冷卻，放置兩周后過濾。
[0059] 試樣制備
[0060] 試樣粒度應(yīng)< 0.098mm;
[0061 ] 試樣經(jīng)100 °C~105 °C干燥1.5h，置于干燥器中冷卻至室溫。
[0062] 實(shí)施例1
[0063] -種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測定方法，其步驟包括：
[0064] (1)稱取0.25g試樣置于250mL燒杯中，少許水潤濕，加入4.5mL硝酸溶液，1.5mL鹽 酸溶液，蓋上表面皿，低溫加熱微沸至樣品完全溶解，繼續(xù)加熱蒸發(fā)至約lmL，取下；
[0065] (2)用少量水沖洗表面皿和燒杯，加入60mL鹽酸（1+1)溶液加熱至微沸溶解可溶性 鹽類，加入1.5g-2g尿素，煮沸3min后，取下加入30mL亞硫酸溶液，攪拌均勻，保持50 °C-70 °C 液溫直至沉淀完全變黑，用慢速定量濾紙過濾，熱鹽酸洗滌燒杯和沉淀各3次；
[0066] (3)將沉淀連同濾紙一起放入原燒杯中，加入10mL鹽酸溶液、lmL硝酸溶液于低溫 加熱溶解，用玻璃棒將濾紙搗碎并攪拌，待沉淀完全溶解后，加入60mL沸水、2g尿素，煮沸 2min-3min后取下，以酚酞乙醇溶液作指示劑，用氫氧化鈉溶液中和至溶液顏色恰變淡紅 色；
[0067] (4)加入20mL(l+l)硫酸溶液，冷卻后加水至約150mL，在充分?jǐn)嚢柘掠玫味ü芗尤?硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液15mL-20mL，加入2mL淀粉溶液和0.5mL碘化鉀溶液，繼續(xù)用硫代硫酸 鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至藍(lán)色消失，再加入lmL碘化鉀溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失，如此反復(fù) 直至加入碘化鉀溶液后溶液不再變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)，記錄所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液 的體積V，同時(shí)做空白試驗(yàn)，記錄空白試驗(yàn)所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積Vo;
[0068] (5)試樣中硒的含量按下式進(jìn)行計(jì)算：
[0070] 式中：
[0071] wSe-試樣中硒的含量，單位為％ ;
[0072] C-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，單位為摩爾每升(mol/L);
[0073] V-滴定時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL);
[0074] Vo-空白試驗(yàn)時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為毫升(mL); [0075] 78.93-硒的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol);
[0076] mo-試樣的質(zhì)量，單位為克(g)。
[0077]在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測試結(jié)果的測定值，在以下給出的平均值范圍 內(nèi)，這兩個(gè)測試結(jié)果的絕對差值不超過重復(fù)性限(r)，超過重復(fù)性限(r)的情況不超過5%， 重復(fù)性限(r)按表1數(shù)據(jù)采用線性內(nèi)插法獲得。
[0078] 表1重復(fù)性限
[0080]在再現(xiàn)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測試結(jié)果的絕對差值不大于再現(xiàn)性限（R)，超過 再現(xiàn)性限(R)的情況不超過5%，再現(xiàn)性限(R)按表2數(shù)據(jù)采用線性內(nèi)插法求得。
[0081 ] 表2再現(xiàn)性限
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銅銦鎵硒太陽能光伏電池靶材中硒含量的測定方法，其特征在于其步驟包括： (1) 稱取試樣置于250mL燒杯中，少許水潤濕，加入4.5mL硝酸溶液，1.5mL鹽酸溶液，蓋 上表面皿，低溫加熱微沸至樣品完全溶解，繼續(xù)加熱蒸發(fā)至約lmL，取下； (2) 用少量水沖洗表面皿和燒杯，加入60mL(1 + 1)鹽酸溶液加熱至微沸溶解可溶性鹽 類，加入1.5g-2g尿素，煮沸3min后，取下加入30mL亞硫酸溶液，攪拌均勻，保持50 °C -70 °C液 溫直至沉淀完全變黑，用慢速定量濾紙過濾，熱鹽酸洗滌燒杯和沉淀各3次； (3) 將沉淀連同濾紙一起放入原燒杯中，加入10mL鹽酸溶液、lmL硝酸溶液于低溫加熱 溶解，用玻璃棒將濾紙搗碎并攪拌，待沉淀完全溶解后，加入60mL沸水、2g尿素，煮沸2min-3min后取下，以酚酞乙醇溶液作指示劑，用氫氧化鈉溶液中和至溶液顏色恰變淡紅色； (4) 加入20mL( 1+1)硫酸溶液，冷卻后加水至約150mL，在充分?jǐn)嚢柘掠玫味ü芗尤肓虼?硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液15mL-20mL，加入2mL淀粉溶液和0.5mL碘化鉀溶液，繼續(xù)用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn) 滴定溶液滴定至藍(lán)色消失，再加入lmL碘化鉀溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失，如此反復(fù)直至加 入碘化鉀溶液后溶液不再變?yōu)樗{(lán)色即為終點(diǎn)，記錄所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積 V，同時(shí)做空白試驗(yàn)，記錄空白試驗(yàn)所消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積Vo; (5) 試樣中硒的含量按下式進(jìn)行計(jì)算：式中： wSe-試樣中硒的含量，單位為％ ; C 一硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，單位為mol/L; V-滴定時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為mL; Vo-空白試驗(yàn)時(shí)所消耗的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為mL; 78.93-硒的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol; mo-試樣的質(zhì)量，單位為克g。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于試樣粒度應(yīng)<0.098mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于試樣需進(jìn)行預(yù)處理:試樣經(jīng)100°C~105 °C干燥1.5h，置于干燥器中冷卻至室溫。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%-70%之間，稱取 樣品質(zhì)量為〇. 2g-0.3g，精確到0.0001g。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為 0?15mol/L〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測定方法，其特征在于所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備方 法為：稱取39g硫代硫酸鈉，加0.3g無水碳酸鈉，溶于1000mL水中，緩緩煮沸10min，取下冷 卻，放置兩周后過濾。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測定方法，其特征在于所述的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定為： 稱取0.27g于120°C士2°C干燥至恒重的基準(zhǔn)重鉻酸鉀，置于碘量瓶中，加入25mL水溶解，加 入3g碘化鉀及20mL硫酸，搖勻；置于暗處放置10min;加150mL水，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴 定，臨近終點(diǎn)時(shí)加入2mL淀粉溶液，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)榱辆G色，記錄硫代硫酸鈉標(biāo) 準(zhǔn)溶液的體積V，同時(shí)做空白試驗(yàn)，記錄硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積Vo; 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度按下式計(jì)算：式中： C 一硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度，單位為mol/L; m-重鉻酸鉀質(zhì)量，單位為g; V-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為mL; Vo-空白試驗(yàn)時(shí)消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，單位為mL; M-重鉻酸鉀的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一個(gè)權(quán)利要求所述的測定方法，其特征在于所述的硝酸溶液 密度為1.42g/mL，鹽酸溶液密度為1.19g/mL，亞硫酸溶液密度為1.03g/mL，硫酸溶液密度為 1.84g/mL，淀粉溶液密度為5g/L，酚酞乙醇溶液密度為10g/L，碘化鉀溶液密度為50g/L，氫 氧化鈉溶液密度為250g/L。
【文檔編號】G01N31/16GK106053717SQ201610546404
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】劉守廷, 劉澤斌, 何京明, 黎穎, 吳婷, 蔣天成
【申請人】廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心